制藥工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)苯甲苯混合液篩板浮閥精餾塔設(shè)計(jì)VIP

1、制藥工程原理課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)苯-甲苯混合液篩板（浮閥）精餾塔設(shè)計(jì)1、 目的任務(wù)（1） 設(shè)計(jì)任務(wù) 完成精餾塔的工藝方案設(shè)計(jì)，并完成工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，繪制塔板負(fù)荷性能圖和主體設(shè)備工藝條件圖，編制工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，（2） 設(shè)計(jì)參數(shù)1. 年處理量：30000t2. 料液初溫：253. 料液濃度：50%（苯的質(zhì)量分率）4. 塔頂產(chǎn)品濃度： 5. 塔底釜液含甲苯量不低于98%（以質(zhì)量計(jì)）6. 每年實(shí)際生產(chǎn)天數(shù)：330天（一年中有一個(gè)月檢修）7. 精餾塔塔頂壓強(qiáng)：4KPa（表壓）8. 冷卻水溫度：259. 飽和水蒸汽壓力：2.5kgf/cm2（表壓）(1kgf/cm2=98.066KPa)10. 設(shè)備形

2、式：篩板（浮閥）塔11. 進(jìn)料熱狀況 自選12. 回流比 自選13. 單板壓降 0.7kPa14. 廠址：貴州地區(qū)二、設(shè)計(jì)內(nèi)容 1. 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的型式進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述。2. 設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程： 工藝計(jì)算及主體設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算。包括工藝參數(shù)的選定、物料衡算、熱量衡算、主體設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算、塔板流體力學(xué)驗(yàn)算等。 輔助設(shè)備的選型計(jì)算。通過(guò)計(jì)算選定典型輔助設(shè)備的規(guī)格型號(hào)（選做）。3. 圖紙： 工藝流程圖草圖。 主體設(shè)備工藝條件圖。 4. 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總。 5. 設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)述。 6. 參考文獻(xiàn)。3、 時(shí)間安排 1. 查閱文獻(xiàn)，擬定設(shè)計(jì)路線。 半天 2. 作主體設(shè)備工

3、藝計(jì)算，包括物料、熱量恒算，確定主要尺寸 1天 3. 作主體設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1天 4. 作輔助設(shè)備選型 半天 5. 編寫說(shuō)明書(shū)，并裝訂成冊(cè) 2天 6.繪制主體設(shè)備工藝條件圖(2號(hào)) 2天4、 設(shè)計(jì)工作要求 1、正確的設(shè)計(jì)思想和認(rèn)真負(fù)責(zé)的設(shè)計(jì)態(tài)度。設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合實(shí)際進(jìn)行，力求經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠和先進(jìn)。設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)生產(chǎn)負(fù)責(zé)。設(shè)計(jì)中的每一數(shù)據(jù)，每一筆一劃都要準(zhǔn)確可靠，負(fù)責(zé)到底。2、獨(dú)立的工作能力及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。設(shè)計(jì)由學(xué)生獨(dú)立完成，教師只起指導(dǎo)作用，學(xué)生在設(shè)計(jì)中碰到的問(wèn)題和教師進(jìn)行討論。教師只做提示和啟發(fā)，由學(xué)生自己去解決問(wèn)題，指導(dǎo)教師原則上不負(fù)責(zé)檢查計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，學(xué)生應(yīng)自己負(fù)責(zé)計(jì)

4、算結(jié)果的準(zhǔn)確性，可靠性。學(xué)生在設(shè)計(jì)中可以相互討論，但不能照抄。3、掌握裝置設(shè)計(jì)的一般辦法和步驟。4、正確運(yùn)用各種參考資料，合理選用各種經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)據(jù)。由于所用資料不同，各種經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)據(jù)可能會(huì)有一些差別。設(shè)計(jì)者應(yīng)盡可能了解這些公式、數(shù)據(jù)的來(lái)歷、實(shí)用范圍，并能正確地運(yùn)用。設(shè)計(jì)前，學(xué)生應(yīng)該詳細(xì)閱讀設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)、任務(wù)書(shū)，明確設(shè)計(jì)目的、任務(wù)及內(nèi)容。設(shè)計(jì)中安排好自己的工作，提高工作效率。5、 成績(jī)?cè)u(píng)定 按照課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)成績(jī)考核辦法，進(jìn)行考核并上報(bào)成績(jī)。6、 參考文獻(xiàn) 查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，并按要求規(guī)范書(shū)寫。目 錄設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介91.已知條件152.物料恒算163.1作圖法求Rmin163.2操作線方程173.

5、2.1 精餾段操作線方程173.2.2 提餾段操作線方程173.3理論塔板數(shù)求取173.4實(shí)際塔板數(shù)求取174.精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算184.1操作壓力計(jì)算184.2操作溫度計(jì)算184.2.1塔頂溫度tD184.2.2進(jìn)料溫度tF194.2.3釜底溫度tw 194.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算194.3.1 塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算194.3.2 進(jìn)料液平均摩爾質(zhì)量計(jì)算204.3.3 塔釜平均摩爾質(zhì)量計(jì)算204.4平均密度計(jì)算204.4.1氣相密度計(jì)算204.4.2液相密度計(jì)算204.4.3液體平均表面張力的計(jì)算214.4.4液體平均粘度的計(jì)算215.精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算225.1塔徑計(jì)算

6、225.1.1精餾段塔徑的計(jì)算225.1.2提餾段塔徑的計(jì)算235.2有效高度的計(jì)算246塔板主要工藝尺寸的計(jì)算(精餾段)256.1 溢流裝置計(jì)算25 6.1.1 堰長(zhǎng)lw256.1.2 溢流堰高度hw256.1.3 弓形降液管寬度wd和截面積Af256.1.4 降液管底隙高度hv256.2塔板的布置256.2.1塔板的分塊256.2.2邊緣區(qū)寬度確定266.3.3 開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算267 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算(提餾段)267.1 溢流裝置計(jì)算272727277.2 塔板布置287.2.1 塔板的分塊287.2.2 邊緣區(qū)寬度的確定287.2.3 開(kāi)孔區(qū)面積287.2.4 篩孔計(jì)算及其排列28

7、8篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算(精餾段)298.1 塔板壓降298.2 液面落差298.3 液沫夾帶298.4 漏液308.5 液泛309 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算(提餾段)319.1 塔板壓降319.1.1 干板阻hv計(jì)算319.1.2 氣體通過(guò)液層的阻力h1計(jì)算319.2 液面落差329.3 液沫夾帶329.4 漏液329.5 液泛3210 塔板負(fù)荷性能圖(精餾段)3310.1 漏液線3310.2 液沫夾帶線3410.3 液相負(fù)荷下限線3410.4 液相負(fù)荷上限線3510.5 液泛線3511 塔板負(fù)荷性能圖(提餾段)3611.1 漏液線3611.2 液沫夾帶線3711.3 液相負(fù)荷下限線3811.4 液相

8、負(fù)荷上限線3811.5 液泛線3812 塔板附件設(shè)計(jì)3912.1 精餾塔的輔助設(shè)備3912.1.1 塔頂冷凝器3912.1.2 再沸器4012.1.3 接管4112.1.4 進(jìn)料管4112.1.5 回流管4112.1.6 塔釜出料管4112.1.7 塔頂蒸汽出料管4212.1.8 塔釜蒸汽進(jìn)口管4212.1.9 法蘭4212.2 筒體與封頭4212.2.1 筒體壁厚4212.2.2 封頭(橢圓形封頭)4312.3 除沫器4412.4 裙 座4412.5 人孔4412.6 塔總體高度的設(shè)計(jì)444513 小 結(jié)4514謝辭45參考文獻(xiàn)45 1. 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的型式

9、進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述。2. 設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程： 工藝計(jì)算及主體設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算。包括工藝參數(shù)的選定、物料衡算、熱量衡算、主體設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算、塔板流體力學(xué)驗(yàn)算等。 輔助設(shè)備的選型計(jì)算。通過(guò)計(jì)算選定典型輔助設(shè)備的規(guī)格型號(hào)（選做）。3. 圖紙： 工藝流程圖草圖。 主體設(shè)備工藝條件圖。 4. 設(shè)計(jì)結(jié)果匯總。 5. 設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)述。 6. 參考文獻(xiàn)。6、 時(shí)間安排 1. 查閱文獻(xiàn)，擬定設(shè)計(jì)路線。 半天 2. 作主體設(shè)備工藝計(jì)算，包括物料、熱量恒算，確定主要尺寸 1天 3. 作主體設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1天 4. 作輔助設(shè)備選型 半天 5. 編寫說(shuō)明書(shū)，并裝訂成冊(cè) 2天 6.繪制主體設(shè)備工藝條件圖(2號(hào)) 2天7

10、、 設(shè)計(jì)工作要求 1、正確的設(shè)計(jì)思想和認(rèn)真負(fù)責(zé)的設(shè)計(jì)態(tài)度。設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合實(shí)際進(jìn)行，力求經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠和先進(jìn)。設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)生產(chǎn)負(fù)責(zé)。設(shè)計(jì)中的每一數(shù)據(jù)，每一筆一劃都要準(zhǔn)確可靠，負(fù)責(zé)到底。2、獨(dú)立的工作能力及靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。設(shè)計(jì)由學(xué)生獨(dú)立完成，教師只起指導(dǎo)作用，學(xué)生在設(shè)計(jì)中碰到的問(wèn)題和教師進(jìn)行討論。教師只做提示和啟發(fā)，由學(xué)生自己去解決問(wèn)題，指導(dǎo)教師原則上不負(fù)責(zé)檢查計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，學(xué)生應(yīng)自己負(fù)責(zé)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，可靠性。學(xué)生在設(shè)計(jì)中可以相互討論，但不能照抄。3、掌握裝置設(shè)計(jì)的一般辦法和步驟。4、正確運(yùn)用各種參考資料，合理選用各種經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)據(jù)。由于所用資料不同，各種經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)據(jù)

11、可能會(huì)有一些差別。設(shè)計(jì)者應(yīng)盡可能了解這些公式、數(shù)據(jù)的來(lái)歷、實(shí)用范圍，并能正確地運(yùn)用。設(shè)計(jì)前，學(xué)生應(yīng)該詳細(xì)閱讀設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)、任務(wù)書(shū)，明確設(shè)計(jì)目的、任務(wù)及內(nèi)容。設(shè)計(jì)中安排好自己的工作，提高工作效率。8、 成績(jī)?cè)u(píng)定 按照課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)成績(jī)考核辦法，進(jìn)行考核并上報(bào)成績(jī)。7、 參考文獻(xiàn) 查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，并按要求規(guī)范書(shū)寫。目 錄設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介91.已知條件152.物料恒算163.1作圖法求Rmin163.2操作線方程173.2.1 精餾段操作線方程173.2.2 提餾段操作線方程173.3理論塔板數(shù)求取173.4實(shí)際塔板數(shù)求取174.精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算184.1操作壓力計(jì)算184.2操作溫

12、度計(jì)算184.2.1塔頂溫度tD184.2.2進(jìn)料溫度tF194.2.3釜底溫度tw 194.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算194.3.1 塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算194.3.2 進(jìn)料液平均摩爾質(zhì)量計(jì)算204.3.3 塔釜平均摩爾質(zhì)量計(jì)算204.4平均密度計(jì)算204.4.1氣相密度計(jì)算204.4.2液相密度計(jì)算204.4.3液體平均表面張力的計(jì)算214.4.4液體平均粘度的計(jì)算215.精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算225.1塔徑計(jì)算225.1.1精餾段塔徑的計(jì)算225.1.2提餾段塔徑的計(jì)算235.2有效高度的計(jì)算246塔板主要工藝尺寸的計(jì)算(精餾段)256.1 溢流裝置計(jì)算25 6.1.1 堰長(zhǎng)lw256.1.2

13、 溢流堰高度hw256.1.3 弓形降液管寬度wd和截面積Af256.1.4 降液管底隙高度hv256.2塔板的布置256.2.1塔板的分塊256.2.2邊緣區(qū)寬度確定266.3.3 開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算267 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算(提餾段)267.1 溢流裝置計(jì)算272727277.2 塔板布置287.2.1 塔板的分塊287.2.2 邊緣區(qū)寬度的確定287.2.3 開(kāi)孔區(qū)面積287.2.4 篩孔計(jì)算及其排列288篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算(精餾段)298.1 塔板壓降298.2 液面落差298.3 液沫夾帶298.4 漏液308.5 液泛309 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算(提餾段)319.1 塔板壓降319.

14、1.1 干板阻hv計(jì)算319.1.2 氣體通過(guò)液層的阻力h1計(jì)算319.2 液面落差329.3 液沫夾帶329.4 漏液329.5 液泛3210 塔板負(fù)荷性能圖(精餾段)3310.1 漏液線3310.2 液沫夾帶線3410.3 液相負(fù)荷下限線3410.4 液相負(fù)荷上限線3510.5 液泛線3511 塔板負(fù)荷性能圖(提餾段)3611.1 漏液線3611.2 液沫夾帶線3711.3 液相負(fù)荷下限線3811.4 液相負(fù)荷上限線3811.5 液泛線3812 塔板附件設(shè)計(jì)3912.1 精餾塔的輔助設(shè)備3912.1.1 塔頂冷凝器3912.1.2 再沸器4012.1.3 接管4112.1.4 進(jìn)料管411

15、2.1.5 回流管4112.1.6 塔釜出料管4112.1.7 塔頂蒸汽出料管4212.1.8 塔釜蒸汽進(jìn)口管4212.1.9 法蘭4212.2 筒體與封頭4212.2.1 筒體壁厚4212.2.2 封頭(橢圓形封頭)4312.3 除沫器4412.4 裙 座4412.5 人孔4412.6 塔總體高度的設(shè)計(jì)444513 小 結(jié)4514謝辭45參考文獻(xiàn)45前 言塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣(或汽)液或液液兩相之間緊密接粗，達(dá)到傳至與傳熱的目的，常見(jiàn)的可在塔設(shè)備中完成的單元操作有：精餾、吸收、解析、和萃取等等。此外，工業(yè)氣體的冷卻與回收、氣體的濕法凈制和干燥，以及兼有氣液兩相傳

16、至和傳熱的增減濕等。在化工廠或煉油廠中，塔設(shè)備的性能對(duì)于整個(gè)裝置的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量、生產(chǎn)能力和消耗定額以及三廢處理保護(hù)等各方面都有重大影響。板式塔內(nèi)沿塔高度裝有若干層塔板(或稱塔盤)，液體靠重力作用有頂部逐板流向塔底，并在各塊板面上形成流動(dòng)的液層，氣(汽)體則靠壓強(qiáng)差推動(dòng)，由塔底向上依次穿過(guò)各塔板上的液層而流向塔頂，氣(汽)液兩相在塔內(nèi)運(yùn)行逐級(jí)接觸，兩相的組成沿塔高呈階梯式變化。精餾操作是重要的化工單元操作，此操作過(guò)程主要是在塔設(shè)備內(nèi)進(jìn)行通過(guò)多層塔板，使液-液化合物系經(jīng)過(guò)多次部分汽化和多次部分冷凝，以達(dá)到混合物系分離成較高純度組分的目的，如乙醇-水的提取、苯-甲苯的分離等。評(píng)價(jià)塔設(shè)備的基本性能指

17、標(biāo)主要包括以下幾項(xiàng)： 生產(chǎn)能力：即單位塔截面上單位時(shí)間的物料處理； 分離效率：每層塔板所達(dá)到的分離程度； 適應(yīng)能力及操作彈性：對(duì)各種物料性質(zhì)的適應(yīng)性以及在負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，維持操作穩(wěn)定而保持較高組分分離效率的能力； 流體阻力：汽相通過(guò)每層塔板的壓降要減??； 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修； 塔內(nèi)滯留量小；此外，塔的造價(jià)高低、安裝和維修的難易和長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性等都是必須考慮的元素。精餾裝置比較定型，一般包括：精餾塔、塔頂蒸汽冷凝塔、塔底再沸器(蒸餾釜)、原料加熱器以及輸送設(shè)備等。精餾過(guò)程是一個(gè)傳熱傳質(zhì)過(guò)程，塔內(nèi)溫度由下向上遞減，塔底再沸器需要供給熱使液體沸騰，而塔頂冷凝器又需要移除能量使蒸汽冷

18、凝，因此，在精餾裝置中，可以利用的熱能是塔頂產(chǎn)品和塔釜產(chǎn)品的帶出熱。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，如何利用這些廢熱來(lái)預(yù)熱原料液，以減少加熱蒸汽和冷凝水的用量，這是一個(gè)很值得重視的問(wèn)題。因?yàn)闊崮芾玫某潭?，直接影響精餾操作的費(fèi)用。在考慮合理利用熱能的同時(shí)，還應(yīng)考慮塔內(nèi)操作的穩(wěn)定性和操作方便，影響塔內(nèi)操作穩(wěn)定的重要因素有：塔釜加熱蒸汽動(dòng)力。塔頂回流量、溫度、進(jìn)料熱狀態(tài)及濃度等，而操作穩(wěn)定性的好壞有直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。從精餾原理可知：要使分離過(guò)程順利進(jìn)行的兩個(gè)必要條件是：汽液兩相密切接觸；汽液兩相接觸面積較大；所以選擇塔設(shè)備一般根據(jù)以下原則：能提供良好的汽液接觸條件和足夠大的接觸面積；生產(chǎn)能力大；操作彈性大；汽相通過(guò)

19、通過(guò)塔板的壓力降較小，塔板效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉等。根據(jù)塔板的結(jié)構(gòu)不同，將塔設(shè)備分為許多種，常見(jiàn)的塔板有： 泡罩塔板：是最早在工業(yè)上大規(guī)模使用的塔板形式，操作彈性范圍內(nèi)氣(汽)液接觸充分；但泡罩加工復(fù)雜，鋼材耗量大，并且塔板壓降大，今年來(lái)已逐漸少用或不用； 篩孔塔板：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，效率高，處理能力大，壓強(qiáng)較大。設(shè)計(jì)合理時(shí)，可具有一定的操作彈性，但氣(汽)速下限受漏液點(diǎn)限制，而且小孔篩板容易堵塞； 浮閥塔板：是目前最樂(lè)于采用的一種塔板型，其處理能力較大，效率高，壓強(qiáng)小，液面梯度小，使用周期長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)比篩板略高。1.已知條件 原料液處理量：3000kg/h； 原料液組成：0. 5

20、0苯質(zhì)量分?jǐn)?shù))； 塔板形式：篩孔塔板； 操作壓力：4kPa(塔頂產(chǎn)品出料管表壓)；4kPa（塔底再沸器釜液出料管表壓）；4kPa（進(jìn)料管表壓） 進(jìn)料熱狀況：泡點(diǎn)進(jìn)料，q=1； 單板壓降：0.7kPa： 建廠地址：沿海地區(qū)，如天津，大氣壓P=101.325 kPa； 加熱方式：間接蒸汽加熱，加熱蒸汽的絕對(duì)壓力P=264.6 kPa； 回流狀態(tài)：泡點(diǎn)回流，即y1=xD； 塔頂餾出液組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：0.98； 塔底釜液組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：0.02； 苯的相對(duì)分子量：MA=78.11kg/kmol，甲苯的相對(duì)分子量：MB=92.13kg/kmol；精餾流程：苯-甲苯混合料液經(jīng)原料預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后，送

21、入精餾塔，塔頂上升蒸汽采用全凝器冷凝后，一部分作為回流，其余為塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后，送至貯槽，塔釜采用間接蒸汽再沸器供熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送入貯槽。2.物料恒算已知 xF(m) =0.38，xD(m)=0.98，xw(m)0.02,Fm=3500kg/h原料中 塔頂產(chǎn)品 塔釜產(chǎn)品 D=24.03 kmol/h，w=20.53 kmol/h3.塔板數(shù)計(jì)算3.1作圖法求Rminq線方程為：q=1即x=xF作圖得出p點(diǎn)坐標(biāo)為xP=0.541，yP=0.75由于苯-甲苯物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。操作回流比R=2Rmin=21.11=2.22苯-甲苯溶液的y-x

22、圖3.2操作線方程3.2.1 精餾段操作線方程即 3.2.2 提餾段操作線方程其中，即在苯-甲苯溶液的y-x圖上作出操作線。3.3理論塔板數(shù)求取從D點(diǎn)開(kāi)始在平衡曲線與精餾短操作線之間繪直角梯級(jí)，第七個(gè)梯級(jí)的水平線跨過(guò)f點(diǎn)，此后，在提餾段操作線與平衡曲線之間作梯級(jí)，直到第十四級(jí)水平線與平衡曲線交點(diǎn)的x值小于xw為止，共有14個(gè)梯級(jí)，即總理論塔板數(shù)為14，精餾段理論數(shù)為6，第七塊理論板為進(jìn)料板，從進(jìn)料板開(kāi)始為提餾段，其理論塔板數(shù)為8(包括再沸器)。3.4實(shí)際塔板數(shù)求取xF=0.54，查苯-甲苯氣液平衡組成與溫度關(guān)系圖 得tF=92.5由tF=92.5,查液體粘度共線圖得A=0.255mPa.S,

23、B進(jìn)料液體平均粘度為L(zhǎng)=0.2550.54+0.264(10.54) =0.258 mPa.S由L =0.258 mPa.S，查精餾塔全塔效率關(guān)聯(lián)圖得ET=52% 已知ET=NT/N實(shí)精餾短實(shí)際板層數(shù) N精=7/52%=11.514 提餾段實(shí)際板層數(shù)N提=7/52%=15.3814 總實(shí)際板層數(shù)N精+N提=284.精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算4.1操作壓力計(jì)算塔頂操作壓力 PD=101.3+4=105.3kPa取單板壓降 P=0.7 kPa進(jìn)料板壓力PF=105.3+0.714=115.1 kPa可得精餾段平均壓力Pm=( PD+ PF)/2=( 105.3+ 115.1)/2=110

24、.2 kPa塔釜壓力Pw=115.1+0.714=126.3kPa可得提餾段平均壓力Pm=( Pw+ PF)/2=( 126.3+ 115.1)/2=120.7kPa4.2操作溫度計(jì)算塔頂溫度tD已知xD=0.983，查表得tD=81進(jìn)料溫度tF已知xF=0.54，查表得TF=90釜底溫度tw已知xw=0.0235，查表得Tw=109.24.3平均摩爾質(zhì)量計(jì)算4.3.1 塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算塔頂產(chǎn)品為泡點(diǎn)回流y1=xD=0.983，查平衡曲線，得x1=0.95MVDR=0.98378.11+(10.984) 92.13=78.33kg/kmol MLDR=0.95378.11+(10.953)

25、 92.13=78.77kg/kmol4.3.2 進(jìn)料液平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由圖解理論板，得yF=0.682，xF=0.468MVFm=0.68278.11+(10.682) 92.13=82.57kg/kmol MLFm=0.46878.11+(10.468) 92.13=85.57kg/kmol故精餾段平均摩爾質(zhì)量為MVm=(78.33+82.57)/2=80.45 kg/kmolMLm=(78.77+85.57)/2=82.17 kg/kmol4.3.3 塔釜平均摩爾質(zhì)量計(jì)算由圖解理論板，得yw=0.05，xF=0.020MVwm=0.0578.11+(10.05) 92.13=91.41k

26、g/kmol MLwm=0.02078.11+(10.020) 92.13=91.85kg/kmol故提餾段平均摩爾質(zhì)量為MVm=(91.4+82.57)/2=86.99 kg/kmolMLm=(91.85+85.57)/2=88.71kg/kmol4.4平均密度計(jì)算氣相密度計(jì)算由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算=PM/RT1 精餾段氣相密度：Vm=PmMVm/RTm= 110.280.45/8.314(85.5+273.15)=2.973kg/m3 提餾段氣相密度：Vm=PmMVm/RTm= 120.786.99/8.314(99.6+273.15)=3.388kg/m3液相密度計(jì)算液相平均密度計(jì)算為塔

27、頂液相平均密度計(jì)算由tD=81，查有機(jī)液體的相對(duì)密度得A=813.89 kg/m3，B=800.02 kg/m3LDm=813.607 kg/m32 料板液相平均密度計(jì)算由tF=90，查表得A=803.9 kg/m3，B=800.2 kg/m3LFm=803.827 kg/m3精餾段液相平均密度為L(zhǎng)m=(813.607+803.827)/2=808.717kg/m33 底液相平均密度計(jì)算由tw=109.2，查表得A=781.271kg/m3，B=781.1kg/m3LFm=781.27kg/m3提餾段液相平均密度為L(zhǎng)m=(781.27+803.827)/2=792.549kg/m3液體平均表面

28、張力的計(jì)算液相平均表面張力依下式計(jì)算，即Lm=xii塔頂液相平均表面張力的計(jì)算由tD=81，查液體表面張力共線圖11得A-1，B-1LDm=0.98321.149+0.01621.58=21.15 mN.m-1進(jìn)料管液相平均表面張力的計(jì)算由tF=90，查圖得A-1，B-1LFm=0.5420.06+0.4620.59=20.30 mN.m-1精餾段液面平均表面張力Lm=（21.15+20.30）/2=20.72 mN.m-14 餾段液相平均表面張力的計(jì)算由tw=109.2，查圖得A-1，B-1Lwm=0.023517.75+(1-0.0235)18.53=18.5 mN.m-1提餾段液面平均表

29、面張力Lm=（20.30+18.50）/2=19.4 mN.m-1液體平均粘度的計(jì)算液相平均粘度依下式計(jì)算，即塔頂液相平均粘度計(jì)算由tD=81，查液體表面張力共線圖得A=0.305mPa.S, B=0.308mPa.S,進(jìn)料管液相平均粘度計(jì)算由tF=90，查圖得A=0.279mPa.S, B=0.286mPa.S,精餾段液相平均粘度Lm塔釜液相平均粘度計(jì)算由tw=109.2，查圖得A=0.234mPa.S, B=0.254mPa.S,提餾段液相平均粘度Lm5.精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算5.1塔徑計(jì)算精餾段塔徑的計(jì)算精餾段的氣相體積：V=(R+1)D=(2.22+1)24.03=77.38Kmol

30、/h提餾段的氣相體積：L=RD=2.2224.03=53.347Kmol/h精餾段的氣相、液相體積流率為：其中C20由史密斯關(guān)聯(lián)圖查取，其中圖的橫坐標(biāo)為：取板間距HT=0.40m，板上液層高度hT=0.06m，則HThT=0.400.06=0.34m查史密斯關(guān)聯(lián)圖13，得C20=0.0708取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為u=0.7 umax=0.71.294=0.906m/s經(jīng)圓整，取D=1.0m塔截面積為AT=D2/4=1.02/4=0.785m2實(shí)際空塔氣速為：u=VS/ AT= 0.582/ 0.785=0.741m/s提餾段塔徑的計(jì)算提餾段的氣相體積：V=V=77.38Kmol/h提

31、餾段的氣相體積：L=L+F=53.347+44.56=97.907Kmol/h精餾段的氣相、液相體積流率為：史密斯關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為：取板間距HT=0.40m，板上液層高度hT=0.06m14，則HThT=0.400.06=0.34m查史密斯關(guān)聯(lián)圖13，得C20=0.0690取安全系數(shù)為0.7，則空塔氣速為u=0.7 umax=0.71.050=0.735m/s按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后，取D=1.0m塔截面積為AT=D2/4=1.02/4=0.785m2實(shí)際空塔氣速為：u=VS/ AT= 0.5519/ 0.785=0.703m/s5.2有效高度的計(jì)算精餾段有效高度為：Z精=(N精-1) HT=(14-

32、1)0.4=5.2m提餾段有效高度為：Z提=(N提-1) HT=(14-1)0.4=5.2m故精餾的有效高度為：Z= Z精+ Z提+0.8=5.2+5.2+0.8=11.2m6 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算(精餾段)6.1 溢流裝置計(jì)算因塔徑D=1.0m，可選用單溢流方形液管，采用凹形復(fù)液盤。各項(xiàng)計(jì)算如下：6.1.1 堰長(zhǎng)lw取lw=0.66D=0.661.0=0.66m6.1.2 溢流堰高度hw由hw=hL- how選用平直堰，堰上液層高度how由下式計(jì)算，即 取板上滴液層高度hL=60mmhw=0.06- 0.011=0.048m6.1.3 弓形降液管寬度wd和截面積Af由lw/D=0.66查圖

33、5-7得Af/AT=0.0722，wd/D=0.124故Af=0.0722AT=0.07220.785=0.0567m2Wd=0.124D=0.1241=0.124m依下式驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即故降液管設(shè)計(jì)合理。6.1.4 降液管底隙高度hv 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。6.2塔板的布置6.2.1塔板的分塊因D=800mm，故塔板采用分塊式。查表5-3得，塔板分為3塊6.2.2邊緣區(qū)寬度確定6.2.3 開(kāi)孔區(qū)面積計(jì)算6.2.4 篩孔計(jì)算及其排列7 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算(提餾段)7.1 溢流裝置計(jì)算因塔徑D=1.0m，可選用單溢流弓形降液管，采用弓形受液盤，各項(xiàng)計(jì)算如下：查圖得 依下式驗(yàn)

34、算液體在降液管中停留時(shí)間，即故提餾段降液管設(shè)計(jì)合理。 故降液管底隙高度設(shè)計(jì)合理。7.2 塔板布置7.2.1 塔板的分塊因D=800mm，故塔板采用分塊式。查表5-3得，塔板分為3塊7.2.2 邊緣區(qū)寬度的確定7.2.3 開(kāi)孔區(qū)面積7.2.4 篩孔計(jì)算及其排列本例所處理的物系無(wú)腐蝕性，可選用=3mm碳鋼板，取篩孔直徑d0=5mm，篩孔按照正三角形排列，取孔中心距t為t=3 d0=35=15mm篩孔數(shù)目為：開(kāi)孔率為：氣孔通過(guò)閥孔的氣速：8 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算(精餾段)8.1 塔板壓降8.1.1 干板阻力hv計(jì)算干板阻力hv由下式計(jì)算，即 8.1.2 氣體通過(guò)液層的阻力h1計(jì)算 查圖11-12 清液

35、柱氣體通過(guò)每層塔板的壓降清液柱=0.60kPa0.7kPa所以0.7kPa為設(shè)計(jì)允許值。8.2 液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。8.3 液沫夾帶液沫夾帶量按下式計(jì)算，即故液/Kg氣氣8.4 漏液液體表面張力所產(chǎn)生的阻力按下式計(jì)算，即清液柱故得篩孔處操作氣速與漏液點(diǎn)氣速之比為故本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液。8.5 液泛為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高Hd應(yīng)服從下式關(guān)系，即故在本設(shè)計(jì)中不發(fā)生液泛現(xiàn)象。9 篩板的流體力學(xué)驗(yàn)算(提餾段)9.1 塔板壓降9.1.1 干板阻力hc計(jì)算， 9.1.2 氣體通過(guò)液層的阻力h1計(jì)算 查圖11-12 清液柱氣體通過(guò)每層

36、塔板的壓降清液柱=0.583kPa0.7kPa所以0.7kPa為設(shè)計(jì)允許值。9.2 液面落差對(duì)于篩板塔，液面落差很小，且本例的塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。9.3 液沫夾帶液沫夾帶量按下式計(jì)算，即故液/Kg氣800mm，故裙座壁厚取16mm基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：Dbi=(1000+216)(0.20.4)103=732mm基礎(chǔ)環(huán)外徑：Db0=(1000+216)+(0.20.4)103=1332mm圓整Dbi=800mm，Db0=1400mm基礎(chǔ)環(huán)厚度，考慮到再沸器，裙座高度取3m，地角螺栓直徑取M30。12.5 人孔人孔是安裝或者檢修人員進(jìn)出塔的唯一通道，人孔的設(shè)置應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔板

37、，由于放置人孔處塔間距離大，且人孔設(shè)備過(guò)多會(huì)造成塔體的彎曲度難以等到要求，一般每隔1020個(gè)塔板設(shè)一個(gè)人孔，本塔共28個(gè)塔板，需設(shè)置3個(gè)人孔，每個(gè)人孔直徑為450mm，在設(shè)置人孔處，板間距為600mm，群坐上開(kāi)一個(gè)人孔，直徑為450mm，人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓。12.6 塔總體高度的設(shè)計(jì)塔的頂部空間高度：塔的頂部空間高度是指塔頂?shù)谝粚铀P到塔頂封頭的直線距離，取除沫器到第一塊板的距離為600mm，塔頂部空間高度為1200mm。塔的底部空間高度塔的底部空間高度是指塔底最末一層塔盤到塔底下封頭切線的距離，釜液停留時(shí)間取5min， 塔立體高度：表13 篩板塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)

38、果項(xiàng)目計(jì)算結(jié)果備注精餾段提餾段塔徑D/m1.01.0板間距HT/m0.40.4塔盤形式單溢流弓形降液分塊式塔板空塔氣速u/m.s-12020溢流堰長(zhǎng)lw/m0.660.66降液管寬度wd/m0.1240.124降液管面積Af/m20.0567 0.0567降液管底隙寬度hv/m0.0330.027板上液層高度hL/m0.060.06堰上液層高讀hvw/m0.0120.021邊緣寬度wc/m0.0450.045ws/m0.0750.075開(kāi)孔區(qū)面積Aa/m20.5320.532篩孔數(shù)目27312731開(kāi)孔率10.1%10.1%閥孔氣速u0/(m/s)12.7712.13 續(xù)表項(xiàng)目計(jì)算結(jié)果備注精餾

39、段提餾段篩孔直徑d0/m0.0050.005篩孔中心距t/m0.0150.015塔板壓降P/Pa679.7678氣相負(fù)荷上限線Vs,max/m3.s-10.005670.00567氣相負(fù)荷下限線Vs,min/m3.s-10.000560.00056操作彈性2.462.82備注欄13 小 結(jié)本課程設(shè)計(jì)過(guò)程分為：了解設(shè)計(jì)題目，分析已知條件；物理化學(xué)數(shù)據(jù)的處理；工藝計(jì)算；設(shè)備計(jì)算；塔盤設(shè)計(jì)；流體力學(xué)驗(yàn)算；作塔板的操作負(fù)荷性能圖；選擇板式精餾塔的輔助設(shè)備；繪制主體結(jié)構(gòu)工藝條件圖，篩板精餾塔流程圖及塔釜工藝布置圖。本次設(shè)計(jì)任務(wù)為：苯-甲苯精餾塔的工藝設(shè)計(jì)，計(jì)說(shuō)明書(shū)詳細(xì)的介紹了精餾塔的工藝計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及流體力學(xué)計(jì)算，作出精餾段與提餾段的塔板操作負(fù)荷性能圖，簡(jiǎn)單地介紹了板式精餾塔輔助設(shè)備的選擇。通過(guò)此次化工原理課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了學(xué)生理論結(jié)合實(shí)際的能力，使學(xué)生在任意給定的條件下準(zhǔn)確設(shè)計(jì)出合理可操作精餾塔設(shè)備，而且提高了學(xué)生綜合運(yùn)用課堂上的知識(shí)和學(xué)習(xí)中的實(shí)踐知識(shí)來(lái)分析和解決生產(chǎn)中實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)鞏固并拓寬了課堂上學(xué)到的理論知識(shí)，使思維更加有條理，更佳系統(tǒng)化，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的操作原理有了初步了解，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了基礎(chǔ)，將化工單元操作的原理有機(jī)地融入了我們的